网格对数值计算可信度的应用研究

来源 :科学导报·学术 | 被引量 : 0次 | 上传用户:engineer2007
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  摘  要:在飞机型号研制中以提高CFD的模拟精度为目标,本文重点验证网格量对数值计算精度的影响研究。选用AIAA第二届阻力预测会议的DLR-F6翼身(WB)组合体作为标模算例,结合SA湍流模型对粗、中、细三种不同密度的官方非结构网格进行数值模拟,并将计算结果与官方的试验数据进行对比。计算结果表明:网格细分是准确预测阻力的关键;中等网格在计算精度和计算效率上更有优势。可为飞机的气动力设计提供一定的工程经验方法借鉴。
  关键词:CFD;DLR-F6;网格;湍流模型
  1  引言
  为提高阻力预测的准确性、美国AIAA于2003年召开了第二届阻力预测会议(DPW-II)[1],选择DLR-F6的2个模型为标准算例,其主要目的是分析阻力对网格尺寸的敏感性。国内也组织了"航空CFD可信度专题研究活动"以考察网格以及湍流模型对数值模拟的影响。本文选用DLR-F6翼身组合体(WB)为标准算例,采用粗、中、细三种不同密度的官方非结构网格和SA[2]湍流模型进行了数值计算研究。将计算结果与试验数据进行对比分析,来研究网格量对计算结果精度的影响程度和考察网格收敛性。
  2  计算模型
  DLR-F6標模属于典型的高亚音速运输机布局,翼展为0.1412m,半模的参考面积为0.0727m2,本次计算采用外形相对简洁的翼/身组合体(F6-WB)构型,计算条件与风洞试验保持一致。DLR-F6标模如图1所示。
  3  计算工况
  本文选取单状态点验证工况:
  马赫数:0.75,
  雷诺数:3×106,
  迎角(°):0.5。
  4  湍流模型及网格
  4.1  湍流模型
  关于CFD结果影响最显著的因素除网格外,还有湍流模型,当前RANS方法采用的各种湍流模型均有一定的适用范围。以下针对DLR-F6翼型,采用在工程上常用的SA湍流模型进行计算。
  4.2  官方网格
  AIAA DPW II提供的粗、中、细三种不同密度的官方非结构网格以及网格量如图2所示。
  5  计算结果及分析
  对DLR-F6的翼身(WB)组合体进行以SA湍流模型和不同网格密度组合的数值计算。计算结果参见表1和表2。
  升力系数受网格密度影响较小;俯仰力矩系数计算结果与试验结果的差量在5%以内;网格量对阻力系数影响较大,随网格细化阻力系数减小,逼近试验值,但是网格量过大,会使生成网格难度加大,需要更多的计算机资源和更多的时间迭代到收敛,合适的网格是准确预测阻力和其他相关气动力的关键。
  6  结论
  进行数值模拟后得到如下结论:
  1)粗、中、细三种网格相比较,细网格的升阻力系数与试验值更逼近,中等网格计算精度与细网格基本相当;
  2)在工程应用方面,考虑到计算机资源和工程效率,中等网格在计算精度和计算效率上更有优势。
  参考文献
  [1]  http://aaac.larc.nasa.gov/tsab/cfdlarc/aiaa-dpw/Workshop2/worshop2.html(AIAA第二届阻力预测会议官方网站)
  [2]  Spalart P R,Allmaras S R. A One-equation Turbulence Model for Aerodynamic Flow. AIAA 92-0439.
  作者简介:迟永一(1979~),男,辽宁葫芦岛人,毕业于哈尔滨工业大学航天学院,硕士学位,高级工程师,研究方向:飞机气动布局设计。
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